Способ автоматической дуговой сварки и устройство для его осуществления (его варианты) Советский патент 1986 года по МПК B23K9/10 

зси. С усилителем привода продольного перемещения электросварочной горелки выход датчика фазы сканирования дуги связан с первым входом измерителя фазового сдвига, второй вход которого связан с выходом первого и второго аналоговых ключей, выход полосового фильтра связан с сигнальным входом первого аналогового ключа и через первый инвертор с сигнальным входом второго аналогового ключа, выход фильтра низких частот связан с управляющим входом первого аналогового ключа, с вторым входом блока формирования сигналов перемещения электросварочной горелки и через второй инвертор с управляющим входом второго аналогового ключа,

3. Устройство для автоматической дуговой сваркиJ содержащее электро- сварочнзто горелку со сканатором и датчиком фазы сканирования дуги, свароч ный трансформатор, через шунт подключенный к электросварочной горелке, последовательно соединенные датчик величины сварочного тока, вход которого подключен к шунту, полосовьй фильтр, синхронный детектор и фильтр низкой частоты а также приводы продольного и поперечного перемещений электросварочной горелки с усилителями j причем синхронизирующий вход синхронного детектора связан с выходом датчика фазы сканирования дуги, о т личаю.щееся тем, что, с . целью повытения функциональных возможностей за счет слежения за криволинейным плоским стыком, оно дополнительно содержит два аналоговых ключа, измеритель фазового сдвига, два инвертора, и блок формирования сигналов перемещения электросварочной горелки, датчик фазы сканирования дуги выполнен поворотным относительно .его оси и имеет дополнительный вход для управления поворотом датчика и дополнительный выход, характеризующий угол поворота, при этом первый выход датчика фазы сканирования дуги связан с первым входом измерителя фазового сдвига, его дополнительный выход связан с первым входом блока формирования сигналов перемещения электросварочной головки, первый выход блока

35682

формирования сигналов перемещения электросварочной горелки связан с усилителем привода поперечного перемещения электросварочной горелки, а его второй выход связан с усилителем привода продольного перемещения электросварочной горелки, первь й выход датчика фазы сканирования дуги связан с первым входом измерителя фазового сдвига, выход которого связан с дополнительным входом датчика фазы сканирования дуги, второй вход измерителя фазового сдвига связан с вькодом первого и второго аналоговых ключей, выход полосового фильтра связгш с дополнительным входом первого аналогового ключа и через первый инвертор с сигнальным входом второго аналогового ключа, выход фильтра низких частот связан с управ- ляющ1 м входом первого аналогового ключа, с вторым входом блока формирования сигналов перемещения электросварочной горелки через второй инвертор с управляющим входом второго аналогового ключа.

4. Устройство по пп, 2иЗ, отличающееся тем, что блок формирования сигналов перемещения электросварочной горелки содержит синусный и косинусный функциональные преобразователи, два сумматора, два блока умножения, инвертор, причём входы синусного и косинусного функциональных преобразователей объединены и являются первым входом блока формирования сигналов перемещения электросварочной горелки, вторым его входом является объединенные вторые входы блоков умножения, первым выходом является выход первого с т-сматора, а вторым вькодом - выход второго сумматора, при этом выход синусного функционального преобразо вателя связан с первыми входами первого сум1 1атора и второго блока умножения,, выход косинусного функционапь ного преобразователя связан с первыми входами второго сумматора и первого блока умножения, выход первого блока умножения через инвертор - связав: с вторьм входом второго сумматора,.

1

Изобретение относится к автоматизации сварочных процессов, а именно к автоматизации электродуговой сварки разделенных и угловых швов в среде защитного газа и под флюсом, и может найти применение в машиностроении и приборостроении.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет слекения за криволинейным плоским стыком.

На фиг,1 представлены кривые гармонической составляющей сварочного тока на частоте сканирования дуги и круговые траектории сканирования электрода в различных положениях относительно оси стыка а - ось горелки совпадает с осью стыка, S - ось горелки смещена относительно стыка (влево 1, вправо П), 6 Z - ось горелки смещена относительно стыка (влево) и рассогласование между направлением перемещения горелки и касательной к оси стыка в области сварки составляет для & - «/4, 2 -WZ, , л + 1Г/2, и - напряжение на выходе полосового фильтра, и, - напряжение на выходе датчика фазы сканирования дуги, k. - порядок обхода точек сканирования дугой ; на фиг,2 - структурная схема устройства для автоматической дуговой сварки, первь1Й вариант; на фиг.3 - то же, второй вариант.

Способ состоит в том, что при сварке криволинейных плоских швов производят круговое сканирование дуги, выделяют гармоническую составляющую сварочного тока на частоте сканирования дуги, измеряют величину фазового сдвига между этой составляющей и моментом срабатьгоания датчика фазы сканирования дуги и по величине фазового сдвига формируют сигнал рассогласования между направлением перемещения электросварочной горелки и касательной к месту сварки которьй используют для управления перемещением электросварочной горелки по двум координатам и одновременно производят минимизацию величины сдвига.

Для поперечной коррекции производят синхронное детектирование гармонической составляющей сварочного тока, согласованное с моментом сраба тьгеания датчика.фазы сканирования дуги и Формируют сигнал рассогласо

356822

вания, пропорциональнь1Й смещению горелки относительно стыка.

Устройство для автоматической

5 дуговой сварки по первому варианту содержит датчик 1 величины сварочного тока, подключенный к шунту 2 в цепи сварочного тока, выход датчика 1 величины сварочного тока под10 ключен к входу полосового фильтра 3, выход которого подключен к сигнальному входу синхронного детектора 4, управляющий вход этого детектора подключен к датчику 5 фазы сканирова15 ния дуги, а выход - к входу фильтра 6 низкой частоты, выход которого соединен с вторым входом блока 7 формирования сигналов перемещения электросварочной горелки 8. Послед20 няя содержит собственно горелку 9, которая подключена через шунт 2 к сварочному трансформатору 10, и ска- натор П.

Вход первого аналогового ключа

25 12 подсоединен к выходу полосового фильтра 3 непосредственно, а вход В.ТОРОГО аналогового ключа 13 - к выходу полосового фильтра 3 через первый инвертор 14, Управляющий

30 вход аналогового ключа 12 непосредственно соединен с выходом фильтра 6 низкой частоты, а управляющий вход аналогового ключа 13 - с выходом , фильтра 6 низкой частоты через второй инвертор 15,

Выходы аналоговых ключей 12 и I3 подсоединены к первому входу измерителя 16 фазового сдвига, второй вход которого подключен к датчику 5- фазы сканирования дуги, первый выход блока 7 формирования закона перемещения электросварочной горелки через пер- вьш усилитель 17 соединен с приводом поперечного перемещения электросва- рочной горелки 8 (по оси X), а вто- рой выход блока 7 Формирования через второй усилитель 19 - с приводом 20 продольного перемещения электросварочной горелки 8 (по оси Y). Выход измерителя 16 фазового сдвига подключен к входу привода 21 поворота электросварочной горелки относительно оси, перпендикулярной плоскости кругового сканирования. Выход вода 21 соединен с входом измерителя 22 угла поворота вала привода, выход которого соединен с первьм входом блока 7 формирования сигналов

40

31

перемещения электросварочной горелки по двум координатам.

Устройство работает следующим образом.

Сканатрр 11 работает непрерьшно обеспечивает горелке 9 круговое сканирование. Полная величина сварочного тока, протекающего через шунт

преобразуется датчиком 1 в сигнал, который поступает на вход полосового фильтра 3, с помощью которого выделяется гармоническая составляющая сварочного тока на частоте сканирования дуги. Затем сигнал поступает на два канала, первьй содержит синхронный детектор 4 и фильтр 6 низкой частоты и служит для формирования с сигнала рассогласования, пропорционального смещению электросварочной горелки 8, от оси стыка, второй канал содержит два аналоговых ключа 12 и 13, два инвертора 14 и 15 и измеритель 16 фазового сдвига, на выходе которого формируется сигнал рассогласования, пропорциональный углу отклонения направления перемещения электросварочной горелки 8 от касательной к линии соединения свариваемых деталей в месте сварки. Аналоговые ключи и инверторы предназначены для исключения влияния направления смещения электросварочной горелки 8 от оси стыка на сигнал рассогласования между направлением перемещения электросварочной горелки и касательной к продольной оси шва. Сигнал с выхода измерителя 16 фазового сдвига подается на привод 2, который поворачивает электросварочную горелку 8, тем самым уменьшая величину фазового сдвига. Одновременно измеритель 22 угла поворота вырабатьшает сигнал, пропорциональный углу поворота, который подается на первый вход блока 7 фор мирования сигнала перемещения, на второй вход последнего подается сигнал с фильтра 6 низкой частоты, пропорциональный смещению электросвароч ной горелки 8 от оси стыка. Блок 7 формирования сигналов перемещения электросварочной горелки преобразует полученные сигналы о смещении горелки относительно оси стька и оР отклонении ее движения от касательной к продольной оси шва в сигнал управления по двум координатам, которые усиливаются усилителями 17

356824

и 19 и подаются на приводы 18 и 20, обеспечивающие движение электросварочной горелки 8 по стыку при сварке криволинейных плоских швов. 5 В устройстве по второму варианту датчик 5 фазы сканирования дуги выполнен поворотным относительно его собственной оси, что позволяет пере- мешать зону его срабатывания при

)0 сканировании электрода. Дополнительный вход датчика 5 фазы сканирования дуги,, обеспечивающий поворот относительно его оси, соединен с выходом измерителя 16 базового сдвига, и

15 выход пропорциональный углу этого поворота, соединен с первым входом блока 7 формирования сигналов перемещения электросварочной горелки. Такое исполнение датчика 5 фазы

20 сканирования дуги позволяет исключить из устройства привод поворота электросварочной горелки и измеритель угла поворота вала привода. Сигнал с выхода измерителя фазо25 вого сдвига, пропорциональный углу отклонения направления перемещения электросварочной горелки 8 от каса- к линии соединения, поступает на вход датчика 5 фазы сканиро30 вания дуги и обеспечивает его поворот относительно собственной оси. При этом перемещается зона срабатьюания , датчика 5 в сторону уменьщения величины фазового сдвига до полного совпадения момента срабатьшания с моментом перехода гармонической составляющей через нулевое значение (фиг.18) одновременно на дополнитель-- ном выходе датчика 5 фазы сканировадд ВИЯ дуги формируется сигнал, пропорциональный углу поворота, который поступает в блок 7 формирования сигналов перемещения электросварочной горелки 8,

45 Блок 7 формирования сигналов пере- мещения электросварочной горелки по двум координатам содержит синусный и косинусный функциональные преобразователи 23 и 24, входы которых

50 объединены и представляют собой первый вход блока 7 формирования сигналов перемещения электросварочной горелки. Выход синусного функционального преобразователя 23 соединен с

55 первым входом первого сумматора 25 и первьм входом второго блока 26 . умножения, а выход косинусного функционального преобразователя 24 соеди35

нен с первым входом второго сумматор 27 и первым входом первого блока 28 умножения.

Блоки 26 и 28 умножения выполнены таким образом, что позволяют ослабить уровень сигнала на выходе в К-раз, где К - отношение скорости поперечной коррекции электросварочной горелки к скорости сварки, Вто- рые входы блоков 26 и 28 умножения объединены и являются вторым входом блока 7 формирования сигналов перемещения электросварочной горелки.

Выход первого блока 28 з множения соединен с вторым входом первого сумматора 25, а выход второго блока 29 умножения - с вторым входом второго сумматора 27. Выход первого сумматора 25 является первым выходом, а выход второго сумматора 27 - вторым выходом блока 7 формирования сигналов перемещения электросварочной горелки.

Блок 7 формирования сигналов пе- ремещения электросварочной горелки по двум координатам работает следующим образом.

Сигнал с измерителя 22 угла поворота или дополнительного выхода датчика 5 Аазы сканирования дуги (Лиг.З), пропорциональный углу отклонения направления перемеп1ения электросварочной горелки 8 от начального положения, согласованного с осями приводов перемещения электросварочной горелки 8 по двум координатам, поступает на первый вход блока 7 формирования сигналов перемещения электросварочной горелки и следовательно на входы синусного функционального преобразователя 23 и и косинусного функционального преобразователя 24.

Сигналы с выходов этих преобра- зователей перемножаются блоками 26 и 28 умножения с сигналом, пропорциональным смещению электросварочной горелки 8 от оси стыка, поступающим от фильтра 6 низкой частоты, и затем суммируются на сумматорах 25 и 27. Сигналы с выходом суммато - ров 25 и 27 усиливаются усилителями 17 и 19 и отрабатьшаются приводами поперечного и продольного 18 и 20

перемещения электросварочной горелки 8 по координатам X и Y в плоскости стыка. Таким образом блок 7 форми рования сигналов перемещения электросварочной горелки по двум координатам обеспечивает ее движение перемещения со следующими скоростями по координатам X и Y.

х сй (sin. АК cosct ) V Vjg (cosoi- АК sintL )

где YX - скорость перемещения электросварочной горелки по

оси X:

V

jj - скорость перемещения электросварочной горелки по оси Y;

о - угол, соответствующий повороту электросварочной горелки, от исходного положения согласованного с осью Y (при совпадении оси стыка с осью Y, 0 0);

Л - амплитуда гармонической составляющей сварочного тока;

К - коэффициент коррекции, определяемый выражением

К

v.....

ев

где V - скорость поперечной коррекции электросварочной горелки при сварке прямолинейного плоского стыка; V(,g - скорость перемещения

электросварочной горелки вдоль стыка (скорость сварки) .

Измерение текущего значения величины Лазового сдвига между гармонической составляющей сварочного тока и моментом срабатьтания датчика фазы сканирования дуги, формирование по этой величине сигнала рассогласования между направлением перемещения электросварочной горелки и касательной к месту сварки и использование его для управления перемещением электросварочной горелки по двум координатам позволяет расширить функциональные возможности устройства путем слежения за криволинейньм плоским стыком.

Направление дбите- ние горелки

декторь скоростей S mevKe 18

Фиг.1

Фиг.г

Составитель В.Покровский Редактор Н.Рогулич Техред И.Попович Корректор С.Черни

Заказ ЗОД6/12 Тираж lOOJПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграАичёское предприятие,г.Ужгород,ул.Проектная,А

Фиг.З

1. Способ автоматической дуговой сварки, при котором производят сканирование дуги в плоскости свариваемых изделий, измеряют сварочный ТОК, вьщеляют его гармоническую составляющую на частоте сканирования, по фазе которой определяют знак, а по a mлитyдe - величину отклонения горелки ОТ стыка, по знаку и величине отклонения Лормируют сигнал управления приводом горелки, и минимизируют эту гармоническую составляющую; отличающи.йся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет слежения за криволинейным плоским СТЫКОМ, дугу сканируют по окружности, (Нормируют сигнал (Ьазы сканирования относительно осей корректирующих приводов, измеряют текущее значение величины фазового сдвига между гармонической составляющей сварочного тока на частоте сканирования и фазой сканирования относительно осей корректирующих приводов, по величине и знаку фазового сдвига формируют управляющее воздействие на поворот электросварочной горелки. 2. Устройство для автоматической дуговой сварки, содержащее электросварочную горелку со сканатором и датчиком фазы сканирования дуги, сва- рочньм трансформатор, через гаунт подключенный к электросварочной горелке, последовательно соединенные датчик величины сварочного тока, вход которого подключен к шунту, полосовой Аильтр, синхронный детектор и фильтр низкой частоты, а также приводы продольного и поперечного перемещений электросварочной горелки с усилителями, причем синхронизирующий вход синхронного детектора сканирования дуги связан с выходом датчика Аазы, отличающееся тем, ЧТО, с целью повыиения функциональных возможностей за счет слежения за криволинейным плоским стыком, оно дополнительно содержит два аналоговых ключа, измеритель фазового .сдвига, два инвертора, блок формирования сигналов перемещения электросварочной горелки и привод поворота электросварочной горелки с измерителем угла поворота, при этом привод поворота связан с электросварочной горелкой и измерителем угла поворота, выход которого связан с первым входом блока формирования сигналов перемещения электросварочной горелки, первый выход которого связан с усилителем привода поперечного перемещения электросварочной горелки, второй вькод свяс (Л ю 00 ел ЭО fC